汽车散热器冷却可控匹配设计

田新宇，李静

（西安兰德新能源汽车技术开发有限公司，陕西 西安 710043）

汽车散热器冷却可控匹配设计

田新宇，李静

（西安兰德新能源汽车技术开发有限公司，陕西 西安 710043）

针对传统车发动机易发生的过热过冷现象，本文对冷却系统中的关键部件散热器及其风扇进行匹配设计，从而提高发动机的动力性，减少能量消耗。

汽车；散热器；风扇；可控

CLC NO.:U463.6Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)11-33-02

1、概述

冷却系由散热器、风扇、水泵和节温器组成，由水管和缸体内的流道组成封闭的系统。在传统的冷却系统中，风扇由发动机的曲轴来驱动如图1所示：因此其转速是相对固定的。在机械装配时，装有风扇的发动机与装有风罩的散热器必须分别用弹性支座圃定在车架上，为了避免车辆在运行中因振动而引起风扇与风罩相碰，风扇叶片与风罩的径向间隙值至少为15-20mm，这就极大地降低了风扇的容积效率。再加上风扇机械效率损失较大及液力效率较低，使得风扇总效率仅为30%左右[1-2]。

由于风扇总效率较低，故风扇消耗发动机大量的有效功率约10%以上。这一数值是十分可观的，大量试验指出，水冷系只有25%的时间是需要风扇工作的。而冬季风扇的工作只有5%的时间是有意义的[3]。由上所诉可知，散热器的质量以及散热器和风扇的配合选型，直接影响着汽车发动机冷却循环系统的性能指标。

2、散热器选型

循环式水冷用散热器可分为直流型和横流型。横流型的散热芯子水平布置，用左右两侧水室的上下水室结构，冷却液左右流动。这种散热器宽度尺寸较大，为得到大的散热面积需要 需加大风扇尺寸，来使气流更为流畅，在整车上需要比较大的布置空间。故这里选用直流式散热器。

散热器芯子是散热器的核心部分，起主要的散热作用。

散热器芯子由散热管、散热片(或散热带)、上下主片等组成。由于它具有足够的散热面积，因此能保证将必须的热量从发动机散发到周围的大气中去。而且散热器芯子是用极薄的导热性能好的金属及其合金制造的，能使散热器芯子以最小的质量和尺寸达到最高的散热效果。散热器的计算所根据的原始参数是散热器散发的热量和散热器的外形尺寸。散热器散发的热量就等于发动机传给冷却液的热量。已知散热器散发的热量后，所需散热面积F可由下式计算：

式中：

K-散热器的传热系数千卡/米2.小时

φ-散热器贮备系数，一般φ=1.1～1.5，取1.1

Δtm-冷却水与空气的平均温差，取26°

散热器的正面积也称迎风面积，正面积越大，则散热器被冷风扫过的区域就越大，冷却效率就越高。这样可以减少芯厚，从而降低风阻及风扇功率损耗。但是散热器的正面积还需同相应直径的风扇及风扇与散热器的相对位置匹配，散热器正面积计算公式如下：

式中：

FR--散热器的理论正面积，m2；

νa--散热器正面前的空气流速，νa=8m/s～10m/s，取νa＝10m/s。

3、风扇匹配

可控冷却系统采用电动冷却风扇。这种风扇不再是由发动机通过V型带驱动风扇，而是利用电机带动风扇，使风扇可以根据发动机温度和负荷情况的不同，实现运转速度的变化，避免了发动机驱动冷却风扇的功率损失，缩短了发动机的预热时间，减少传热损失。

根据发动机参数与参考同类型的汽车发动机，选择轴流式电动风扇。它用装在散热器上的石蜡式温控开关控制（控制水温87～97°C），自动控制风扇电机的运转，保持发动机温度正常。这种自动控制的冷却系统启动暖机快，布置较自由。

按照总布置的要求和散热器芯部的尺寸,风扇轮叶扫过的环面积等于散热器芯部正面积的45%～60%,风扇轮叶内径与外径之比为0.28～0.36,得风扇外径、风量、消耗功率由下式计算：

式中：

D2--风扇理论外径，m；

u2--风扇外径处的圆周速度，m/s；

n--发动机转速，r/min；

i--风扇驱动速比；

P--空气道的阻力，Pa；

ΔPR--散热器的阻力，Pa，ΔPR=100Pa ～500Pa，取ΔPR=400Pa；

ΔP1--除散热器以外的所有空气道的阻力，Pa；Δp1=(0.4～1.1)ΔPR，取ΔP1=0.8ΔPR；

η--风扇总效率；

Nf--风扇的消耗功率，W。

4、结论

散热器的任务是避免发动机在非适宜温度下工作，但是在额定功率工况下设计的散热器及其相对应匹配的风扇，满足不了发动机在任何工况时都保持最佳温度工作，在非额定状态时可能会出现过热活过冷现象，因此在进行风扇匹配时应对冷却系的散热能力进行调节。散热器冷却可控体统设计匹配了可控风扇，还加装了温度传感器，整个系统反应更为迅速、灵敏、对风扇转速控制更精确，反馈更智能。从而使发动机基本保持在最佳工况工作，功率消耗减少，增加能源利用率，具有非常广阔的应用前景。

[1] 郭新民，高平，吴海荣等．汽车发动机电控冷却系统的试验研究．内燃札2006，3：28-31．

[2] 千春华。孙迳柱，郭新民．ZL50装载冷却能力的智能控制．农机化研究．2003，2：55-57．

[3] 崔靖。边耀璋等．汽车构造(上册)．西安：陕西科学技术出版社，1991．

Matching Design of Intelligent Controlling System of Automobile Radiator

Tian Xinyu, Li Jing
(Xi'an Land New Energy Vehicle Technology Development CO.,Ltd., Shaanxi Xi'an 710043)

In order to avoid the engine working at inappropriate temperature.Expounds the key part radiator and fan of cooling system theoretics matching design process in this article. The diesel engine’s power Can be improved and the fuel wastage can be reduced.

Automobile；radiator；fan；intelligent controlling

U463.6

A

1671-7988(2014)11-33-02

田新宇，就职于西安兰德新能源汽车技术开发有限公司，从事整车设计工作。